摘要

  知网论文检测，目前在可移动机器人的避障系统设计中，为了实现机器人的避障功能，我们一般可以采用超声波测距的方法和红外测距的方法，由于在实际情况中使用超声波测距的方法存在扫描盲区的问题，所以可移动机器人在与道路中央障碍物距离达到一个固定范围的时候，避障机器人将不能很好的实现规划好的避障功能，反之，红外测距的方法探测距离较超声波测距要短，通常情况下的测量距离是在10厘米到80厘米的范围之内，红外测距法可以在很大的程度上对超声波测距法在近距离无法进行准确测量的缺点进行弥补，并且可以克服超声波测距的盲区。所以为了增强可移动式避障机器人的避障的能力，在这次系统设计中，我以Arduino开发板作为设计的总体核心，设计了一种基于Arduino mega2560单片机的红外测距系统。首先，在本文中，介绍了红外线以及红外传感器的测距原理，分类和应用，Arduino单片机系列的应用领域与发展前景，特别对本次课程设计中要用到的Arduino mega2560单片机进行了详细的说明。其次，阐述了红外测距仪的基本工作原理与结构，并对红外测距仪的参数，连接方式以及函数关系进行了详细说明。同时也介绍了红外测距系统的整体设计思路。在硬件设计中，介绍了红外测距系统实现的构想，给出红外测距系统中各模块的原理图，详细说明了夏普红外测距仪、Arduino mega2560单片机、LCD液晶显示模块的电路工作原理及Arduino mega2560单片机的引脚及其分配。在软件设计中，说明了整个程序流程及各程序设计函数和误差分析。最后，是对整个设计的结论，说明了红外测距的可行性。

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第一章  绪论

1.1课题研究的背景与研究意义

1.1.1课题研究背景

20世纪50年代的时候，光电测距技术第一次出现在了人们的视野里，这种技术带来了测距方法的重大变革。从20世纪60年代开始，激光测距技术得到了飞速的发展，从这种测距技术的技术特点来看，红外激光是一种非常理想的光源，红外线是一种不可见的光，红外线它是电磁波的另一种表现形式，红外线在距离测量方面有着十分广泛的应用，从上个世纪60年代开始就有了利用红外线的先例。随着现代的科学技术在不断的进步，许多的领域都得到了飞速的发展，而在测距领域方面先后出现了红外激光测距、红外线测距、超声波测距、以及微波雷达测距。这些方法之中，激光测距法是通过接收激光光束照射物体上反射回来的激光光束来进行测距。由于这种测距方法受恶劣的天气、空气污染等因素的影响，这些影响因素使反射的激光光束在一定功率上所探测到的物体距离可能比探测的最大距离要减少一半左右，这些影响在实际测量中会损失很大，影响探测的精确度；微波雷达的测距技术一般应用于军事方面以及一些工业方面的开发建设，微博雷达测距技术的一些设备和振荡器等造价十分昂贵性价比低；超声波测距法在国内外已有很多学者做过相关方面的研究。红外线作为一种十分特殊的光波，它具有光波的最基本物理传输特性其中有散射、反射、折射等等，且红外线测距由于其技术应用难度相对其他几种测距方法较为简单，其构成的测距系统的价格适中，测距性能优良，便于普通人使用。另外在我们的生活之中对于红外测距的应用越来越普及。在许许多多的领域都可以应用到红外测距的仪器。红外线测距一般具有分辨率以及精确度高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等许多优点，因此红外测距的应用领域十分广阔、被许许多多的行业所需要，市场前景非常值得期待。

1.1.2研究的意义

在我看来红外测距的研究是一件非常有意义的事情。红外线测距仪通常情况下是指激光红外线测距仪,红外测距仪是一种用调制的红外光进行精密测距的仪器，这种测距仪的测距范围一般是1-5公里。在通常情况下100米以内的距离测量是超声波测距更加的具有优势,但是1米以内的距离测量我们通常无法用超声波测距的方法来完成,但是红外线测距的方法就可以很好的完成1米之内的物体测量,而且精确度也可以得到良好的保证。在各种智能设备的生产中都广泛地使用到了激光测距仪，例如红外自动避障小车，这种小车就是利用红外测距仪来扫描障碍物距小车的距离，从而经过计算来选择最佳前进道路的。通常情况下，在本次毕设中我所选用的是亚普的红外测距仪。这种测距仪的有效测量距离是10cm-80cm。

1.2国内外研究与发展现状

1.2.1国内外研究现状

根据《国内近年来红外光电测距仪的发展情况》，随着国家对外开放政策在我国的实施和测量工作的需要,这些年来我国国内一些光学仪器制作厂和电子仪器制作厂分别日本，德国，瑞士，瑞典等一些国引进了几种常用的红外测距仪组装生产线,用来组装激光测距仪,我国有关的一些工厂和院校近年来也研制出一些相关产品。由于微处理机在国产测距仪上的应用,大大缩小了仪器的体积,同时也减少了红外激光测距仪出故障的几率,使得国产测距仪的性能和质量方面都较过去有很大的提高。在国家“六·五”计划攻关中,常州第二电子仪器厂研制的DCHZ型多功能红外测距仪就是一个很好的例证。该产品经国家测绘局测绘科学研究所光电测距仪检测巾心进行全面质量鉴定后认为:该仪器重量轻、体积小、重量轻、外形美观、性能稳定、精度高和操作方便,并通过国家有关部门组织的鉴定。目前已开始小批量试生产。在进行侧距仪研制的同时,国家有关部门也组织力量对红外光电测距仪的检测方法进行研究。

国外红外测距仪技术领先，产品齐全，性能比较稳定，市场需求量大，测量精度高，测量误差小。

1.2.2红外测距仪的发展趋势

2011年以来，随着政府刺激内需政策效应的逐渐开始显现以及国际经济形势的好转，红外测距仪下游的一些行业进入新一轮景气周期从而带来红外测距仪市场需求方面的膨胀，红外测距仪行业的销售回升十分明显，供求关系得到较大的改善，行业盈利能力相比于之前得到了稳步的提升。同时，在国家“十二五”规划和产业结构调整的大方针之下，红外测距仪面临巨大的市场投资机遇，行业有望迎来全新的发展契机。

当前红外测距仪的发展趋势是向测量的安全性、测量精度的提高、系统能耗减小、体积小型化的方向发展，而随着微电子学的日益发展，红外测距仪向着小型化，多功能，高精度，长测程的方向不断改进，新的产品层出不穷。激光红外线测距仪广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。它是提高高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。由于激光红外线测距仪价格不断下调，工业上也逐渐开始使用激光红外线测距仪，可以广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。

1.3本课题主要研究内容

本课题需要开发一个激光扫描数据采集系统。这款系统基于开源硬件Arduino开发板开发。该数据采集系统从激光扫描仪读取实时测量数据，打包发送给上位机，并通过LCD显示屏实时显示所测得的数据。